荧光感测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种荧光感测系统，该系统包括：光源(5)，用于激发传感器材料(10)；光电检测器(15)，用于收集从该传感器材料发射的荧光；以及控制器(20)，耦合到该光电检测器；其中，该控制器被配置为对由该光电检测器收集的荧光信号执行测量，并基于这些测量结果来调整该光源的输出功率。

Fluorescence Sensing System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】荧光感测系统
本专利技术涉及一种荧光感测系统。更具体地，本专利技术涉及一种能够适于可变测量条件的荧光感测系统。
技术介绍
目前存在许多不同类型的感测系统，并且它们被用于范围广泛的应用。一种已知类型的感测系统是荧光感测系统。荧光感测系统可以用于检测多种元素，包括例如氧、pH、二氧化碳和重金属化合物。典型的荧光感测系统包括光源和光电检测器。在使用中，来自光源的入射光激发传感器材料。传感器材料包括存在于用于检测的样本中的荧光物质。荧光物质可以是样本中固有的(即，自体荧光)，或者该荧光物质可以是人工添加到样本中的比如例如荧光素和丹酰等荧光团。然后，传感器材料发射荧光信号，该荧光信号具有与入射光的波长不同的波长。此荧光信号由光电检测器收集，并从信号中提取数据。这些数据可以包括例如关于荧光信号的寿命、相移或强度的信息。根据此信息，可以识别由感测系统检测的化合物的水平。与常规荧光感测系统相关联的一个问题涉及这样的事实：一个感测系统在其寿命期间可能经受各种不同的测量条件。对于适于在户外使用或是手持式的那些感测系统尤其如此。可能改变的测量条件包括光源与传感器材料之间的距离，以及传感器材料与光电检测器之间的距离。可能改变的其他测量条件包括光衰减和环境光。测量条件的变化影响从传感器材料发射的荧光信号的强度。例如，在传感器材料与光电检测器之间的距离减小的情况下，由光电检测器收集的光信号可能足够强以导致光电检测器的饱和，这导致化合物的错误检测。在系统在明亮的环境光下操作的情况下，也可能发生光电检测器的饱和。相反，在传感器材料与光电检测器之间的距离增加的情况下，由光电检测器收集的荧光信号将变弱，并且因此导致信噪比(SNR)降低。因此，将理解的是，感测系统所经历的测量条件的变化可能导致荧光信号的收集不稳定性。这种不稳定性可能进而降低系统的准确度。日本专利公开号JP2004325174公开了一种荧光显微镜检查装置，其包括荧光检测单元、包括多个LED光源的LED光源单元、LED光源单元驱动电路、以及设置有监视器的个人计算机。在该专利技术的一个实施例中，来自样本的荧光发射由检测单元检测并发送到计算机以进行分析并显示在监视器上。基于该分析，计算机向LED光源单元驱动电路发送控制命令，以控制提供给LED光源单元中的每个LED光源的各个电流。在替代实施例中，可以手动控制LED光源驱动电路。此控制命令仅在设置期间而不是在数据收集期间由计算机发送到LED光源驱动电路。此专利文献进一步解释了控制提供给每个LED光源的各个电流的优点是来自每个LED光源的光可以校准为相同的亮度，并且因此可以防止样本表面上的不均匀照射。将进一步理解的是，所公开的安排包括分布式荧光系统，因此其仅适用于实验室环境。美国专利公开号US2012/0145924描述了一种荧光发射检测系统，该系统包括激发源和荧光发射检测电路。在此系统中，通过借助于控制信号调整放大器的增益来防止检测电路中放大器的饱和。然而，此技术的一个缺点涉及这样的事实：由于放大器还接收呈环境光信号形式的噪声，因此放大器增益的任何增加都将导致系统检测到的噪声的相应放大。本专利技术的目的是克服上述问题中的至少一个问题。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，如所附权利要求中所述，提供了一种便携式荧光感测设备，该设备包括：用于激发传感器材料的光源；用于收集从该传感器材料发射的荧光的光电检测器；以及耦合到该光电检测器的控制器；其中，该控制器被配置为：分析由该光电检测器收集的荧光信号；并且基于该分析来调整该光源的输出功率。在一个实施例中，该控制器被配置为分析该荧光信号的峰值强度Vp和有效荧光强度信号V有效强度，并且基于该分析来调整该光源的输出功率。在实施例中，该荧光信号的有效荧光强度信号V有效强度通过等式V有效强度＝Vp-Vb来计算，其中，Vb对应于环境光的强度。在实施例中，该控制器进一步被配置为在该光源通电之前测量该环境光的强度。在实施例中，该控制器被配置为将该荧光信号的经测量的峰值强度Vp与饱和度强度阈值进行比较；和，如果确定该荧光信号的峰值强度大于该饱和度强度阈值，则降低该光源的输出功率。在实施例中，如果该控制器确定该荧光信号的峰值强度小于该饱和度强度阈值，则该控制器被配置成确定该荧光信号的经测量的有效荧光强度信号V有效强度是否在预定义操作范围内，和；如果该有效荧光强度信号大于该预定义操作范围，则该控制器被配置为降低该光源的输出功率；和如果该有效荧光强度信号小于该预定义操作范围，则该控制器被配置为增大该光源的输出功率。在实施例中，该饱和度强度阈值和该预定义操作范围是可编程的。在实施例中，该光源包括可变电阻负载，并且其中，通过改变该电阻负载来调整该光源的输出功率。在实施例中，该电阻负载包括多个通道，每个通道包括与开关串联的电阻器，并且其中，该控制器控制这些开关中的每个开关的操作以改变该电阻负载。在实施例中，这些电阻器中的每个电阻器包括不同的电阻值。在实施例中，该电阻负载包括五个通道，并且其中，该通道中的电阻器的值被设置为R、2R、4R、8R和16R。在实施例中，该控制器包括现场可编程门阵列(FPGA)。在另一个实施例中，该控制器包括微控制器。在实施例中，该系统进一步包括耦合在该光电检测器与该控制器之间的模数转换器(ADC)。在实施例中，该光源由该控制器生成的脉冲信号调制。在实施例中，该光源包括发光二极管(LED)。在另一个实施例中，该光源包括激光二极管。在实施例中，该传感器材料包括存在于用于检测的样本中的荧光物质。在本专利技术的另一个实施例中，提供了一种用于调整便携式荧光感测设备中的入射光功率的方法，该荧光感测设备包括：用于激发传感器材料的光源，以及用于收集从该传感器材料发出的荧光的光电检测器，该方法包括以下步骤：分析从该光电检测器收集的荧光信号；并且基于该分析来调整该光源的输出功率。在实施例中，分析步骤包括测量该荧光信号的峰值强度Vp和有效荧光强度信号V有效强度。在实施例中，该荧光信号的有效荧光强度信号V有效强度通过等式V有效强度＝Vp-Vb来计算，其中，Vb对应于环境光的强度。在实施例中，该方法进一步包括在该光源通电之前测量该环境光的强度。在实施例中，该方法进一步包括将该荧光信号的所测量峰值强度Vp与饱和度强度阈值进行比较；以及如果确定该荧光信号的峰值强度大于该饱和度强度阈值，则降低该光源的输出功率。在实施例中，该方法进一步包括：如果确定该荧光信号的峰值强度小于该饱和度强度阈值，则确定该荧光信号的经测量的有效荧光强度信号V有效强度是否在预定义操作范围内，和；如果该有效荧光强度信号大于该预定义操作范围，则降低该光源的输出功率；和如果该有效荧光强度信号小于该预定义操作范围，则增大该光源的输出功率。在实施例中，调整该光源的输出功率的步骤包括调整该光源的电阻负载。在实施例中，该便携式设备是手持式设备。在本专利技术的另一个实施例中，提供了一种用于调整荧光感测系统中的入射光功率的计算机实施系统，该系统配置有用于执行上述方法的一个或多个模块。在本专利技术的另一个实施例中，还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可使用介质，所述计算机可使用介质具有在其中实施的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码适于被执行以实施如本文所描述的方法。在本专利技术的另一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式荧光感测设备，包括：用于激发传感器材料的光源；用于收集从所述传感器材料发射的荧光的光电检测器；以及耦合到所述光电检测器的控制器；其中，所述控制器被配置为：分析由所述光电检测器收集的荧光信号；和基于所述分析来调整所述光源的输出功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.11 EP 16193335.31.一种便携式荧光感测设备，包括：用于激发传感器材料的光源；用于收集从所述传感器材料发射的荧光的光电检测器；以及耦合到所述光电检测器的控制器；其中，所述控制器被配置为：分析由所述光电检测器收集的荧光信号；和基于所述分析来调整所述光源的输出功率。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器被配置为分析所述荧光信号的峰值强度Vp和有效荧光强度信号V有效强度，并且基于所述分析来调整所述光源的输出功率。3.如权利要求2所述的设备，其中，所述荧光信号的有效荧光强度信号V有效强度通过等式V有效强度＝Vp-Vb来计算，其中，Vb对应于环境光的强度。4.如权利要求3所述的设备，进一步地，其中，所述控制器被配置为在所述光源通电之前测量所述环境光的强度。5.如权利要求2至4中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为：将所述荧光信号的经测量的峰值强度Vp与饱和度强度阈值进行比较；和如果确定所述荧光信号的峰值强度大于所述饱和度强度阈值，则降低所述光源的输出功率。6.如权利要求5所述的设备，进一步地，其中，如果所述控制器确定所述荧光信号的峰值强度小于所述饱和度强度阈值，则所述控制器被配置成确定所述荧光信号的经测量的有效荧光强度信号V有效强度是否在预定义操作范围内，和；如果所述有效荧光强度信号大于所述预定义操作范围，则所述控制器被配置为降低所述光源的输出功率；和如果所述有效荧光强度信号小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓仕杰，S·赫加蒂，
申请(专利权)人：科克理工学院，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE